CN105203439B - 空气净化控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种空气净化控制方法及装置。所述空气净化控制方法包括：获取颗粒物传感器的采样数据；根据采样数据形成测量值的时间序列；据时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值；以及根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。该空气净化控制方法及装置消除测量数据的剧烈波动，准确地反映颗粒物的实际含量及其变化。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化控制领域，更具体地，涉及空气净化控制方法及装置。
背景技术
随着人们对生活质量越来越关注，空气质量的检测和预报也进入人们的日常生活。空气质量的一个重要方面是颗粒物的尺寸及其含量。空气中的细颗粒物包括直径小于等于2.5微米的颗粒物，称为PM2.5。由于PM2.5可以长时间悬浮于空气中，并且表面积大、活性强，容易携带有毒有害物质，因此对人体健康和空气质量的影响较大。
采用颗粒物传感器测量空气中的颗粒物的尺寸及其含量。颗粒物传感器例如基于光学原理，通过检测光穿过空气时的散射来获得颗粒物的信息。然而，颗粒物传感器的测量数据经常发生剧烈的波动。测量数据的剧烈波动可能来源于多个方面，例如传感器自身的光敏元件的热噪声，用于处理检测信号的微控制单元MCU的滤波性能缺陷，和/或传感器使用环境的灰尘浓度分布复杂性等。
由于颗粒物在空气中的分布特性，颗粒物的扩散大致是平缓的过程。颗粒物传感器的测量数据的剧烈波动导致难以获得可靠的测量值。例如，在测量数据的波峰处的数值可能与实际的颗粒物浓度存在着较大的偏差。
因此，在应用中期望进一步提高颗粒物传感器测量结果的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可以消除测量数据的异常波动的滤波方法，用于颗粒物传感器以提高测量结果的准确性。
根据本发明的第一方面，提供一种空气净化控制方法，其特征在于，该方法包括：获取颗粒物传感器的采样数据；根据所述采样数据形成测量值的时间序列；根据时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值；以及根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。
优选地，获取颗粒物传感器的采样数据的步骤包括：以第一时间间隔采样颗粒物传感器的测量数据，以获得多个采样数据；以及形成测量值的时间序列的步骤包括：以第二时间间隔计算多个采样数据的第一平均值，第二时间间隔大于第一时间间隔，其中，第一平均值的序列作为测量值的时间序列。
优选地，计算预定项数的序时平均值的步骤包括：将当前项与之前多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者将当前项与之后多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者将当前项与前后各自多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值。
优选地，在计算预定项数的序时平均值的步骤之后，还包括：采用标准检测仪的测量结果，将测量值的表征值调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。
优选地，所述颗粒物传感器包括光发射器和光电检测器，根据光学原理检测空气中的颗粒物含量。
优选地，所述颗粒物传感器检测的颗粒物为空气中的PM2.5。
根据本发明的第二方面，提供一种用于空气净化的装置，其特征在于，该装置包括：数据获取单元，用于获取颗粒物传感器的采样数据；第一计算单元，用于根据所述采样数据形成测量值的时间序列；第二计算单元，用于根据时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值；控制单元：根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。
优选地，所述数据获取单元还用于：以第一时间间隔采样颗粒物传感器的测量数据，以获得多个采样数据；所述第一计算单元还用于：以第二时间间隔计算多个采样数据的第一平均值，第二时间间隔大于第一时间间隔，其中，第一平均值的序列作为测量值的时间序列。
优选地，所述第二计算单元用于：将当前项与之前多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者将当前项与之后多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者将当前项与前后各自多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值。
优选地，所述装置还包括校准单元，用于：采用标准检测仪的测量结果，将测量值的表征值调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。
优选地，所述颗粒物传感器包括光发射器和光电检测器，根据光学原理检测空气中的颗粒物含量。
优选地，所述颗粒物传感器检测的颗粒物为空气中的PM2.5。
根据本发明的实施例，所述空气净化控制方法根据采样数据的时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值。即使不采用调理传感器电路，通过滤波处理就可以解决颗粒物含量的测量结果异常波动的问题，从而可以提高测量结果的准确性，并且准确地反映颗粒物含量的实际变化。
在优选的实施例中，将表征值乘以倍数，以调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。该优选的实施例可以准确地反映颗粒物的实际含量。
在包括颗粒物传感器和空气净化控制装置的空气净化***中，该空气净化控制方法可以避免空气净化装置的频率启动和停止，延长电气和机械部件的使用寿命。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出颗粒物传感器的示意性结构图；
图2示出采用颗粒物传感器的空气净化***的示意性框图；
图3示出颗粒物传感器的测量数据随时间变化的曲线图；
图4示出根据本发明的实施例的空气净化控制装置的示意性框图；
图5示出根据本发明的实施例的空气净化控制方法的流程图；
图6示出根据本发明的实施例的空气净化控制方法获得的测量数据随时间变化的曲线图。
具体实施方式
在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1示出颗粒物传感器的示意性结构图。颗粒物传感器100包括由外壁101围绕的采样室。在采样室中设置加热器102、光发射器104和光电检测器106。采样室具有空气入口和空气出口。加热器102例如是电阻丝。在加热器102工作时，加热使得气流上升，外部空气进入采样室。
光发射器104例如是LED，并且可以附带光罩105，以实现光束的定向，以及减少空气中的污染物对光发射器104的粘污。光发射器104产生的光线经空气中的颗粒物散射之后产生散射光。光电检测器106例如是光电二极管。光电检测器106接收散射光，根据散射光的强度确定颗粒物的直径和含量。例如，如果空气中未包含颗粒物，则光电检测器106的检测信号为高电平。如果颗粒物的含量过高，则所有的光线都可能由颗粒物吸收，光电检测器106就检测不到散射光，从而检测信号为低电平。
光电检测器106设置在光罩107中，以减少空气中的杂散光的影响。光电检测器106的前端设置透镜108，在光电检测器106的感光面形成会聚光，以提高检测灵敏度。
如图1所示的颗粒物传感器广泛地用于空气净化***中。图2示出采用颗粒物传感器的空气净化***的示意性框图。颗粒物传感器100检测空气中的颗粒物的直径和含量，产生测量数据。该测量数据经由空气净化控制装置200处理之后，获得颗粒物的测量值，然后将测量值提供至显示器301进行显示，或者提供至空气净化装置302，以控制空气净化装置302的启动、停止和/或工作参数，从而有效改善空气质量。
通常，如果颗粒传感器检测到颗粒物含量过高，则可以启动空气净化装置302，并在显示器301上显示报警信息。如果颗粒传感器检测到颗粒物含量恢复到正常水平，则可以停止空气净化装置302，并在显示器301上显示颗粒物含量信息。
然而，如上所述，颗粒物传感器100的测量数据经常发生剧烈的波动。图3示出颗粒物传感器的测量数据随时间变化的曲线图。将颗粒物传感器100放置在平均颗粒物含量为十几ug/m3的环境中，10分钟内传感器数据有2次突破25ug/m3。
颗粒物传感器的测量数据的剧烈波动导致难以获得可靠的测量值。例如，在测量数据的波峰处的数值可能与实际的颗粒物含量存在着较大的偏差。
如果根据颗粒物传感器100的测量数据启动/停止空气净化装置302，则可能导致空气净化装置302的频繁启动和停止，导致空气净化装置302的电气和机械部件的使用寿命缩短甚至损坏。
图4示出根据本发明的实施例的空气净化控制装置200的示意性框图。该空气净化装置200包括：数据获取单元201、第一计算单元202、第二计算单元203和控制单元204。
数据获取单元201用于获取颗粒物传感器的采样数据。第一计算单元202用于根据所述采样数据形成测量值的时间序列。第二计算单元203用于根据时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值。控制单元204根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。
数据获取单元201还用于：以第一时间间隔采样颗粒物传感器的测量数据，以获得多个采样数据。第一计算单元202还用于：以第二时间间隔计算多个采样数据的第一平均值，第二时间间隔大于第一时间间隔，其中，第一平均值的序列作为测量值的时间序列。
第二计算单元203用于：将当前项与之前多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者将当前项与之后多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者将当前项与前后各自多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值。
在优选的实施例中，该空气净化装置200还包括校准单元205，用于：采用标准检测仪的测量结果，将测量值的表征值调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。
图5示出根据本发明的实施例的空气净化控制方法的流程图。该空气净化控制方法包括以第一时间间隔采样颗粒物传感器的测量数据，然后对连续的采样结果进行移动平均来获得经过滤波的测量数据。在本申请中，移动平均法是获得测量值的时间序列，根据时间序列逐项推移以计算一定项数的序时平均值，作为当前项的表征值的方法。
例如，在图2所示的空气净化控制装置200中执行该空气净化控制方法的各个步骤。
在该实施例中，传感器内部的滤波模块对1S时间内获得的数据进行平均滤波处理，即1S时间内传感器输出的数据是一样的，在1S内只采样一次传感器数据。因此，该实施例的测量值的时间序列是按照每秒一个数据获得的时间序列。
下文以第一时间间隔为1S为例来说明，该空气净化控制方法包括以下多个步骤。
在步骤S01，以第一时间间隔采样测量数据。第一时间间隔为0.5-1S，优选为1S。
在步骤S02，以第二时间间隔计算采样数据的第一平均值。第二时间间隔为2.5-5S，优选为5S。例如，在第二时间间隔中，计算连续的5个采样数据的平均值，作为第一平均值。第一平均值的序列作为测量值的时间序列。
在步骤S03，在测量值的时间序列中，计算连续的多项的平均值，作为第二平均值。例如，所述多项为6-12项，优选为6项。第二平均值作为经过滤波的表征值。例如，将当前5S与之前5项一起组成的连续6项的平均值，作为当前5S的表征值，或者将当前5S与之后5项一起组成的连续6项的平均值，作为当前5S的表征值，或者，将当前5S及前后各自多项一起组成的连续6项，作为当前5S的表征值。
在步骤S04，根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。
该方法的实例如表1所示。在表1中示出以1S的第一时间间隔采样的35个采样数据。然后，以5S的第二时间间隔计算测量数据的第一平均值，计算每5个测量数据的第一平均值。第一平均值的序列作为测量值的时间序列。比如，在表1中示出的第一平均值分别为16、16、17、15、15、15、16。然后，在测量值的时间序列中，计算连续的6项的平均值，作为5S内的第二平均值。比如，在表1中示出的第二平均值分别为16、16。结果获得了测量数据的2个表征值，在序号1至5的第一个5S时间段内，第一个表征值为16，序号6至10的第二个5S时间段内，第二个表征值为16。
表1处理传感器数据样例示意表
作为优选的步骤，可以进一步对测量数据的表征值调整数据增益。其中，参照标准仪器的测量数值，将测量数据的表征值放大数倍(例如6倍)，以获得表示颗粒物的实际含量的校准值。
图6示出根据本发明的实施例的空气净化控制方法获得的测量数据随时间变化的曲线图。在测试时，逐渐减小采样室中的颗粒物含量，同时使用标准的检测仪和如图1所示的颗粒物传感器进行测量。
在如图2所示的空气净化控制装置200中执行根据本发明的实施例的滤波方法的各个步骤，从而获得测量数据的表征值。然后将表征值乘以倍数，以调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。
在图6中，将检测仪的测量数据和根据本发明的方法获得的传感器校准值绘制成曲线。可以看到，二者的数据都准确地反映了采样室中的颗粒物含量的变化趋热，即随时间平缓减小。根据本发明的实施例的空气净化控制方法消除了测量数据的剧烈波动，准确地反映颗粒物的实际含量及其变化。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种空气净化控制方法，其特征在于，该方法包括：
获取颗粒物传感器的采样数据；
根据所述采样数据形成测量值的时间序列；根据时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值；以及
根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取颗粒物传感器的采样数据的步骤包括：以第一时间间隔采样颗粒物传感器的测量数据，以获得多个采样数据；以及形成测量值的时间序列的步骤包括：以第二时间间隔计算多个采样数据的第一平均值，第二时间间隔大于第一时间间隔，
其中，第一平均值的序列作为测量值的时间序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算预定项数的序时平均值的步骤包括：
将当前项与之前多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者
将当前项与之后多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者
将当前项与前后各自多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算预定项数的序时平均值的步骤之后，还包括：
采用标准检测仪的测量结果，将测量值的表征值调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒物传感器包括光发射器和光电检测器，根据光学原理检测空气中的颗粒物含量。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒物传感器检测的颗粒物为空气中的PM2.5。
7.一种用于空气净化的装置，其特征在于，该装置包括：
数据获取单元，用于获取颗粒物传感器的采样数据；
第一计算单元，用于根据所述采样数据形成测量值的时间序列；
第二计算单元，用于根据时间序列逐项推移以计算预定项数的序时平均值，作为测量值的表征值；
控制单元：根据测量值的表征值启动/停止空气净化装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据获取单元还用于：
以第一时间间隔采样颗粒物传感器的测量数据，以获得多个采样数据；
所述第一计算单元还用于：以第二时间间隔计算多个采样数据的第一平均值，第二时间间隔大于第一时间间隔，其中，第一平均值的序列作为测量值的时间序列。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元用于：
将当前项与之前多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者
将当前项与之后多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值；或者
将当前项与前后各自多项的一起组成的预定项数的序时平均值，作为当前项对应时间段内的测量值的表征值。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括校准单元，用于：
采用标准检测仪的测量结果，将测量值的表征值调整数据增益，从而获得测量数据的校准值。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述颗粒物传感器包括光发射器和光电检测器，根据光学原理检测空气中的颗粒物含量。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述颗粒物传感器检测的颗粒物为空气中的PM2.5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |